Nacque ad Alba nel 1890 da una famiglia della piccola borghesiaemiliana: il padre, Giovanni, insegnava discipline di base (italiano, storia, geografia e aritmetica) e dava lezioni di contabilità agraria presso la locale Regia Scuola Enologica; la madre, Linda Battaglia, era stata maestra elementare, prima di abbandonare la carriera scolastica per dedicarsi all'educazione dei suoi tre figli (Cornelia, Elvio e Roberto). Sin dall'infanzia Roberto Longhi maturò curiosità per l'arte visiva: nacque nella patria di Macrino d'Alba (cui dedicò il suo primo scritto) e frequentemente gli si presentavano innanzi opere quali la Madonna di Barnaba da Modena (conservata nella Chiesa parrocchiale) e il Concertino di Mattia Preti (nel municipio cittadino).
Dopo gli studi secondari condotti sotto la guida di Umberto Cosmo, conseguita la maturitàclassica, si iscrisse all'Università di Torino, dove fu allievo di Pietro Toesca, col quale si laureò nel 1911 discutendo una tesi sul Caravaggio, che a quella altezza cronologica era un pittore pressoché dimenticato. Si trasferì poi a Roma, dove si diplomò presso la locale Scuola di Perfezionamento in Storia dell'Arte sotto la guida di Adolfo Venturi, del quale divenne discepolo e stretto collaboratore alla rivista L'Arte, da egli diretta.
Si impegnò nella rivalutazione internazionale di Caravaggio: oltre a chiarirne le radici stilistiche tutte lombarde, ne valorizzò la sua influenza sulla pittura barocca del Seicento. Celebri le due mostre milanesi da lui curate sull'artista e sui suoi seguaci: “Caravaggio e i caravaggeschi” nel 1951[2] e “I pittori della realtà in Lombardia” nel 1953.
Intenso anche il suo impegno nel diffondere l'opera di Piero della Francesca, grazie alla pubblicazione nel 1927 dell'omonima monografia, tradotta in francese ed inglese[3].
Fu pure critico dell'arte contemporanea, tenendo in particolare stima l'opera del pittore metafisico bolognese Giorgio Morandi, del quale è opera fondamentale la sua monografia Giorgio Morandi al “Fiore”[4]. In contatto dal 1927 con l'artista Antonietta Raphaël, diede una prima definizione al movimento pittorico della scuola romana, chiamandola inizialmente Scuola di via Cavour. Dedicò alcuni studi anche ai futuristi.
Durante la seconda guerra mondiale, Longhi consigliò Eugenio Ventura, antiquario fiorentino, indagato nel dopoguerra per il suo coinvolgimento in uno scambio di fotografie confiscate dall'organizzazione di saccheggio nazista nota come ERR o Reichsleiter Rosenberg Taskforce.
Fu anche consigliere del conte Alessandro Contini-Bonacossi (1878-1955), detentore dell'enorme Collezione Contini Bonacossi, fino al 1945.
Dopo la sua morte, la fama di Longhi perdura ancora oggi come quella di un insuperato maestro della critica d'arte. Nell'ottobre 1973 uscì postuma la celebrata antologia di suoi scritti sulla pittura italiana Da Cimabue a Morandi, a cura di Gianfranco Contini. Nell'ottobre 2024 la stessa raccolta, arricchita stavolta da cappelli introduttivi a opera di oltre trenta specialisti, che ne rintracciano i punti di forza e gli eventuali passi superati, esce nella prestigiosa collezione I Millenni per i tipi di Einaudi.
Piero dei franceschi e lo sviluppo della pittura veneziana, Roma, Tip. dell'Unione, 1914.
Gentileschi padre e figlia, in «L'Arte» n.19, pp. 235–314, 1916; Collana Carte d'artisti n.137, Milano, Abscondita, 2011, ISBN 978-88-841-6310-3.
Piero della Francesca, Roma, 1927; Milano, Hoepli, 1946; con aggiunte fino al 1962, Sansoni, Firenze, 1980; Collana Carte d'artisti n.149, Milano, Abscondita, 2012, ISBN 978-88-841-6527-5.
Fatti di Masolino e di Masaccio, 1940; Collana Carte d'artisti n.156, Milano, Abscondita, 2014, ISBN 978-88-841-6460-5.
Arte italiana e Arte tedesca, Sansoni, Firenze, 1941.
Carlo Braccesco, Milano, Istituto Nazionale di studi sul Rinascimento Sezione Lombardia, 1942. - ed. illustrata, a cura di S. Facchinetti, Biblioteca di Scrittori Italiani, Milano, Guanda, 2008, ISBN 978-88-608-8639-2.
Ultimi studi sul Caravaggio e la sua cerchia, in Proporzioni, 1943
Il Caravaggio, Aldo Martello Editore, Milano, 1952; ed. ampliata, 1968; a cura di Giovanni Previtali, Roma, Editori Riuniti, 1982-2009; Caravaggio, Collana Carte d'artisti n.152, Milano, Abscondita, 2012, ISBN 978-88-841-6534-3.
Riccardo Bacchelli-R. Longhi, Teatro e immagini del Settecento italiano, a cura di Marziano Bernardi, Torino, ERI, 1953.
Correggio. La camera di San Paolo a Parma, Genova, Siglaeffe, 1956.
Da Cimabue a Morandi. Saggi di storia della pittura italiana, scelti e ordinati da Gianfranco Contini, Collezione I Meridiani, Milano, Mondadori, 1973. - Nuova ed., a cura di Cristina Acidini e Maria Cristina Bandera, con uno scritto di Lina Bolzoni, Collezione I Millenni, Torino, Einaudi, 2024, ISBN 978-88-062-6197-9.
Giorgio Morandi al Fiore, Milano, Electa, 1990
Carpaccio. Vita di un domentario d'arte, a cura di Paola Scremin, Torino, Allemandi, 1991, ISBN978-88-422-0273-8.
Palazzo non finito. Saggi inediti 1910-1926, a cura di F. Frangi, Collana Documenti e saggi, Milano, Electa, 1995, ISBN978-88-435-4292-5.
Nerissime stelle, a cura di G. D'Ambrosio Angelillo, Acquaviva, 2004, ISBN978-88-887-2290-0.
Il Caravaggio e i Caravaggeschi, Collana di Proporzioni, Servizi Editoriali, 2005, ISBN978-88-878-1539-9.
Proposte per una critica d'arte, Prefazione di Giorgio Agamben, Pesaro, Portatori d'Acqua, 2014, ISBN978-88-98779-02-4. [testo pubblicato in origine sulla rivista Paragone nel 1950]
Lavori in Valpadana. Dal Trecento al primo Cinquecento, 1934-1964, Firenze, Sansoni, 1973.
'Giudizio sul Duecento' e ricerche sul Trecento nell'Italia Centrale, 1939-1970, a cura di M. Boskovits, Firenze, Sansoni, 1973.
'Fatti di Masolino e Masaccio' e altri studi sul Quattrocento 1910-1967, Firenze, Sansoni, 1975.
Ricerche sulla pittura veneta, 1946-1969, a cura di C. Volpe, Firenze, Sansoni, 1978.
Disegno della pittura italiana. 1 - Da Cimabue a Giovanni Bellini, a cura di C. Volpe, Firenze, Sansoni, 1979.
Disegno della pittura italiana. 2 - Da Leonardo al Canaletto, Firenze, Sansoni, 1979.
Arte italiana e Arte tedesca con altre congiunture fra Italia ed Europa, 1939-1969, a cura di M. Bacci, Firenze, Sansoni, 1979.
Cinquecento classico e Cinquecento manieristico, 1951-1970, Firenze, Sansoni.
Studi e ricerche sul Sei-Settecento, 1929-1970, Firenze, Sansoni, 1992, ISBN978-88-383-0928-1.
Scritti sull'Otto-Novecento, 1925-1966, a cura di M. Bacci, Firenze, Sansoni, 1984.
Studi caravaggeschi, 1935-1969, Firenze, Sansoni, 1984. - Premessa di Mina Gregori, Collana Carte d'artisti n.174, Milano, Abscondita, 2017, ISBN 978-88-841-6643-2.
Critica d'arte e Buongoverno, 1938-1969, a cura di M.L. Strocchi, Firenze, Sansoni, 1985.
Bernard Berenson-R. Longhi, Lettere e scartafacci 1912-1957, a cura di Cesare Garboli e C. Montagnani, Collana Piccola Biblioteca n.313, Milano, Adelphi, 1993, ISBN978-88-459-0974-0.
R. Longhi-Rodolfo Pallucchini, Le prime Biennali del dopoguerra. Il carteggio Longhi-Pallucchini (1948-1956), a cura di Maria Cristina Bandera Viani, Collana Parole di Charta, Charta, 2000, ISBN978-88-815-8237-2.
R. Longhi-Carlo Ludovico Ragghianti, Quel che resta di un dialogo. Lettere 1935-1953, a cura di Emanuele Pellegrini, Collana Saggi in officina, Roma, Officina Libraria, 2020, ISBN978-88-336-7037-9.
Simone Facchinetti, voce Longhi, Roberto, in Dizionario Biografico degli Italiani,Roma, 2005, pp. 669–676 (con ampia bibliografia precedente).
voce Longhi, Roberto, in Biografie e bibliografie degli Accademici Lincei, Roma, Accademia dei Lincei, 1976, pp. 1029–1032.
Carlo Ludovico Ragghianti, “Roberto Longhi”, in AA.VV., Letteratura italiana. I critici, vol. V, Milano, Marzorati, 1987, pp. 3379–3387.
"Dizionario della pittura e dei pittori", Einaudi.
Arnaldo Di Benedetto, Memoria di un'inimicizia: omaggio a B. Berenson e a R. Longhi, in Poesia e critica del Novecento, Napoli, Liguori, 1994, pp. 219–33.
Marisa Volpi, Roberto Longhi, in Annali delle Facoltà di Lettere, Filosofia e Magistero Dell’Università di Cagliari, estratto vol. XXXIII, parte II, 1970, pp. 3 -15
Marisa Volpi, Longhi e l’arte contemporanea, in Da Renoir a De Staël. Roberto Longhi e il moderno, mostra a cura di C. Spadoni, Ravenna, Loggetta Lombardesca, catalogo Mazzotta, Milano, 2003, ora in L’occhio senza tempo. Saggi di critica e storia dell’arte contemporanea, Lithos, Roma 2008, pp. 279-286